CN201863985U - 一种双电机备份驱动重心控制车辆 - Google Patents

一种双电机备份驱动重心控制车辆 Download PDF

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周伟
李一鹏
林敬桥
郭盖华
闫学凯
陈志发
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武汉若比特机器人有限公司
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62KCYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K11/00Motorcycles, engine-assisted cycles or motor scooters with one or two wheels
    • B62K11/007Automatic balancing machines with single main ground engaging wheel or coaxial wheels supporting a rider

Abstract

一种双电机备份驱动重心控制车辆,它涉及一种个人辅助交通工具。采用双备份电机控制策略,采用更智能和更安全可靠的软件系统,不仅从硬件上实时纠错,保证运行的可靠性,而且从软件上逐层实时检测和纠错,不仅在模块之间建立反馈检测,应急报警机制,而且在各个模块内部建立实时反馈和出错应对机制,保证了双电机备份驱动重心控制车辆在运行过程中的安全可靠性及稳定性。

Description

一种双电机备份驱动重心控制车辆

技术领域:

[0001] 本实用新型涉及一种个人辅助交通工具,具体涉及一种有人驾驶通过控制系统通 过检测人与车体重心偏移角度并控制其运行的车辆。

背景技术:

[0002] 两轮自平衡装置和技术起源于倒立摆理论,最早由日本山藤一雄发明了类似的两 轮平衡装置,2002年至2003年相续被美国公司用于ibot轮椅技术和segway两轮平衡车 上。

[0003] 现有技术中的一种这样的车辆已经在例如专利文献1中公开。在专利文献1中 公开的车辆是“在重心很高的骑乘状态下,骑乘者可稳定行驶,其身体上部不会左右摇晃。 该车辆辆包括:用于驾驶者骑乘的踏板;车体;当行驶方向被设定为滚动轴线的时候,该车 体支撑所述踏板从而能够在围绕作为中心的滚动轴线旋转的滚动方向上改变姿态;一对车 轮。该对车轮位于与所述车体行驶方向垂直的方向上同一轴线的两侧并且被所述车体看旋 转地支撑;一对单独驱动和旋转所述对车轮的车轮驱动装置;和用于直接改变所述踏板的 姿态或通过所述车体间接改变所述姿态的把手。”

[0004] 根据专利文献2中,其所描述的车辆为“两轮左右分布的电动车。包括车体、车轮 和电驱动系统等,带有电机的车轮安装在车体两侧,电源、控制电路、驱动电路以及传感器 和控制开关等安装在车体上,车轮与车体之间为转轴连接,速度传感器和角度传感器将车 轮与车体的转角及倾角信息传输到控制电路中,利用其中的软件计算控制量,从而控制车 轮与车体的运动及平衡状态。”专利文献2中同轴车辆在骑乘时,通过手柄上的转向开关进 行转向控制,踏板在骑乘过程中与地面平行。

[0005] [专利文献1]公开专利申请No 200610089876. 3

[0006] [专利文献2]公开专利申请No 0213838652. 8和专利申请200620105334. 6

[0007] 但在上述专利文献1所述的车辆中,在车辆运行过程中的安全问题欠缺考虑。

实用新型内容:

[0008] 本实用新型的目的是提供一种双电机备份驱动重心控制车辆,它采用双电机,双 驱动,双控制核心的方式来保障整车在运行过程中的安全性和稳定性。

[0009] 为了解决背景技术所存在的问题,本实用新型是采用以下技术方案:它是由车体、 驱动系统、转向机构、控制系统、安全保障系统构成;车体由踏板、车轮连接装置和车轮构 成,是双电机备份驱动重心控制车辆的主要承载部分;驱动系统由每个轮子由两个电机驱 动,两个电机通过双输入单输出减速器与轮子连接,每个电机由一个驱动器驱动;转向机构 是通过可按使用者身高伸缩并可折叠的偏转把手可带动转向机构转动,改变踏板及车体的 姿态,并将车体姿态改变信号传递给控制系统;控制系统是用于双电机备份驱动重心控制 车辆运动和监控的嵌入式计算机硬件系统和软件系统,包括由加速度传感器,陀螺仪,编 码器组成的动态平衡传感器系统,驱动电路,中央控制系统;安全保障系统是用于保障使用者使用安全的监控,反馈和控制系统,通过感知周围环境信息,判断所述双电机备份驱动重 心控制车辆所处的运行环境是否安全。

[0010] 本实用新型具有两套控制系统控制两组驱动电机,实现相互备份,提高系统容灾 能力。两套控制系统每套系统由控制核心,电机驱动和监控系统构成,每套系统控制一左一 右两个电机,控制系统通过通信总线相连接。两套控制核心实现实现实时监控和相互监控, 并且实时备份,在其中一套控制系统或电机发生突发性故障时,保证整车还能够安全运行 并安全停机,并反馈系统出现的问题,并限制车辆部分功能的继续使用。

[0011] 本实用新型设计的双电机备份驱动重心控制车辆由四个电机驱动,每两个电机驱 动一个轮子,两个电机通过一个双输入单输出减速器与轮子连接。一边有两个电机共同驱 动,从硬件上实现安全保障。

[0012] 本实用新型采用双备份电机控制策略,采用更智能和更安全可靠的软件系统,不 仅从硬件上实时纠错,保证运行的可靠性,而且从软件上逐层实时检测和纠错,不仅在模块 之间建立反馈检测,应急报警机制,而且在各个模块内部建立实时反馈和出错应对机制,保 证了双电机备份驱动重心控制车辆在运行过程中的安全可靠性及稳定性。

附图说明:

[0013] 图1是本实用新型的结构示意图;

[0014] 图2是本实用新型转向结构示意图;

[0015] 图3是本实用新型电机驱动结构示意图;

[0016] 图4是本实用新型系统模块化结构示意图。

具体实施方式:

[0017] 参看图1-5,本具体实施方式采用以下技术方案:它是由车体、驱动系统、转向机 构、控制系统、安全保障系统构成;车体由踏板、车轮连接装置和车轮构成,是双电机备份驱 动重心控制车辆的主要承载部分;驱动系统由每个轮子由两个电机驱动,两个电机通过双 输入单输出减速器与轮子连接,每个电机由一个驱动器驱动;转向机构是通过可按使用者 身高伸缩并可折叠的偏转把手可带动转向机构转动,改变踏板及车体的姿态,并将车体姿 态改变信号传递给控制系统;控制系统是用于双电机备份驱动重心控制车辆运动和监控的 嵌入式计算机硬件系统和软件系统,包括由加速度传感器,陀螺仪,编码器组成的动态平衡 传感器系统,驱动电路,中央控制系统;安全保障系统是用于保障使用者使用安全的监控, 反馈和控制系统,通过感知周围环境信息,判断所述双电机备份驱动重心控制车辆所处的 运行环境是否安全。

[0018] 所述的车体9的内部安装有控制核心和驱动系统,控制系统核心通过检测车体当 前重心偏移量来进行车体姿势的调整以达到车体运行的。轮子5与减速器输出轴6连接。 把手1通过操作杆2与转向机构连接杆3连接,12为扭簧固定套前端盖,14为扭簧固定套, 15为扭簧,16为扭簧固定套后端盖,4为扭簧转动轴,17为压紧螺母,19为磁传感器感应 片。当车需要向左转向时,将把手1向左偏转,转向机构连接杆3带动扭簧固定套前端盖12 旋转,压缩扭簧前段15产生回复力。而车需要向右转向时,将把手向右偏转,扭簧固定套前 端盖12与扭簧固定套14连为一体,扭簧固定套14带动扭簧整体向右偏转,扭簧后端相对向左偏转产生向中的回复力。

[0019] 所述的轮子5为左右对称安装,采用负外倾安装方式。

[0020] 当需要转弯时,操作者通过摆动把手,此时,摆臂摆动角度不一样,扭簧转动轴后 端安装有角度传感器,通过检测角度可知车体所处状态并作出相应的反应。

[0021] 参看图3,为双电机备份驱动重心控制车辆双电机备份驱动结构。第一电机M和 第二电机30共同与一个双输入单输出的减速器连接。7、8分别为第一减速器盖和第二减速 器盖,6为减速器输出轴,26为传感器连接轴,25为编码器,当电机转动时,传动齿轮带动传 感器连接轴转动,进而带动编码器码盘转动实现测定转速的功能。

[0022] 参看图4为重心控制车辆双备份系统示意图。系统两套驱动,监控控制核心通过 通信总线实时通信,相互备份系统当前状态,每个套驱动,监控控制核心驱动,监控并控制 左右各一个电机,左边两个电机通过一个双输入单输出的减速器与左轮连接,右边的两个 电机通过一个双输入单输出的减速器与左轮连接,当其中A监控系统检测到本核心A出现 异常或当B监控系统检测到A监控系统出现异常时,会将出错信息发送到B核心,B核心会 强行接管整个车辆,并进入报警运行状态,并限制车辆部分功能的运行。

[0023] 本具体实施方式采用双备份电机控制策略,采用更智能和更安全可靠的软件系 统,不仅从硬件上实时纠错,保证运行的可靠性,而且从软件上逐层实时检测和纠错,不仅 在模块之间建立反馈检测,应急报警机制,而且在各个模块内部建立实时反馈和出错应对 机制,保证了双电机备份驱动重心控制车辆在运行过程中的安全可靠性及稳定性。

Claims (5)

1. 一种双电机备份驱动重心控制车辆,其特征在于它是由车体、驱动系统、转向机构、 控制系统、安全保障系统构成;车体由踏板、车轮连接装置和车轮构成;驱动系统由每个轮 子由两个电机驱动,两个电机通过双输入单输出减速器与轮子连接;控制系统包括由加速 度传感器,陀螺仪,编码器组成的动态平衡传感器系统,驱动电路,中央控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种双电机备份驱动重心控制车辆,其特征在于所述的车体 (9)的内部安装有控制核心和驱动系统,轮子(5)与减速器输出轴(6)连接,把手⑴通过 操作杆(¾与转向机构连接杆C3)连接。
3.根据权利要求1所述的一种双电机备份驱动重心控制车辆,其特征在于第一电机 (24)和第二电机(30)共同与一个双输入单输出的减速器连接。
4.根据权利要求1所述的一种双电机备份驱动重心控制车辆,其特征在于所述的轮子 (5)为左右对称安装,采用负外倾安装方式。
5.如权利要求1所述的一种双电机备份驱动重心控制车辆,其特征在于它由四个电机 驱动,每两个电机驱动一个轮子,两个电机通过一个双输入单输出减速器与轮子连接。
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